LIDARは、ガス産業がメタンの漏れを見つけるのを助け、費用のかかる損失を回避します| MITニュース

毎年、米国のエネルギー産業は失います 推定 天然ガスの生産の3％は、漏れやすいインフラストラクチャに対する10億ドルの収益と評価されています。これらのメタンガスプルームは、目に見えて空中に逃げて、小さな航空機で飛行した特殊なライダーを使用して検出、画像化、測定することができます。

このライダーはの製品です Bridger Photonics、モンタナ州ボーズマンに拠点を置く大手メタンセンシング会社。 MITリンカーン研究所 既存のスラブ結合光波管増幅器を進めることにより、システムの重要なコンポーネントであるLidarの光電力アンプを開発しました （Scowa）テクノロジー。メタン検出ライダーは、市場にある他の空中リモートセンサーの10〜50倍の能力です。

「メタンを画像化するためのこのドローン対応センサーは、職場でのリンカーン研究所技術の素晴らしい例であり、影響力のある商用アプリケーションと一致しています」とポール・ジュダウルキスは言います。 Scowa Technologyを開拓しました ジェイソン植物があります 高度な技術部門 Bridger Photonicsと協力して、商業アプリケーションを可能にしました。

今日、製品は広く採用されています。これには、米国の上位10人の天然ガス生産者のうち9つが含まれています。 「パイプにガスを維持することは誰にとっても良いことです。それは、企業がガスを市場に持ち込み、安全性を向上させ、屋外を保護するのに役立ちます」と、Bridgerの創設者兼最高イノベーション責任者であるPete Roos氏は述べています。 「メタンの課題は、あなたがそれを見ることができないということです。私たちはリンカーン研究所の根本的な問題を解決しました。」

レーザーソース「奇跡」

2014年、Advanced Research Projects Agency-Energy（ARPA-E） 探していました メタン漏れを検出するための費用対効果の高い正確な方法。非常に可燃性と強力な汚染物質であるメタンガス（天然ガスの主要成分）は、広大で複雑なパイプラインネットワークを介して国中を移動します。 Bridgerは、ARPA-Eの呼びかけに応じて研究提案を提出し、小さくて敏感な空中ライダーを開発するための資金を授与されました。

Aerial Lidarはレーザー光を地面に送り、センサーに戻る光を測定します。このようなライダーは、詳細な地形マップを作成するためによく使用されます。 Bridgerのアイデアは、地形マッピングとガス測定値をマッピングすることでした。メタンは、1.65ミクロンの赤外線波長で光を吸収します。その波長でレーザーを操作すると、ライダーが目に見えないプルームを感知し、漏れ速度を測定できるようになります。

「このレーザー源は、正しいことをするのが最も難しい部分の1つでした。それは重要な要素です」とRoos氏は言います。彼のチームは、有用な高度から動作するために1.65ミクロンの波長で十分に強力に放出するために、特定の特性を持つレーザーソースを必要としていました。ルースは、ARPA-Eプログラムマネージャーがそれをやってのけるために「奇跡」が必要だと言ったことを思い出しました。

相互のつながりを通じて、ブリッジャーは、レーザー信号であるスコワを光学的に増幅するためのリンカーン研究所技術を紹介しました。 BridgerがJuodawlkisとPlantに連絡したとき、彼らは10年間Scowasに取り組んでいました。彼らは1.65ミクロンでスコワスを調査したことはありませんでしたが、基本的な技術はその波長で動作するように拡張できると考えました。リンカーン研究所は、1.65ミクロンのスコワスを開発し、ガスマッピングLIDARシステムに組み込むためにBridgerにプロトタイプユニットを提供するためにARPA-Eの資金を受け取りました。

「それは私たちが必要としていた奇跡でした」とルースは言います。

レーザーイノベーションの遺産

リンカーン研究所は、長い間半導体レーザーおよび光学エミッター技術のリーダーでした。 1962年、研究室はその中にいました 最初にデモンストレーション 現在、グローバルに使用されている最も広範囲にわたるレーザーであるダイオードレーザー。 LasertronやTeradiodeなどのいくつかのスピンアウト企業は、光ファイバーの電気通信や金属削減アプリケーションを含む、実験室のレーザー研究に起因する革新を商業化しています。

2000年代初頭、研究所のジュダウルキス、植物、その他は、Lidarおよび光学通信を強化できる安定した強力で明るいシングルモード半導体光アンプが必要であることを認識していました。彼らは、スラブ結合光学導波路レーザーに関する以前の研究を拡張することにより、Scowa（Slab-coupled光波動管増幅器）の概念を開発しました（scowls）。最初のスコワは、実験室の下で資金提供されました 内部技術投資 ポートフォリオは、新しいテクノロジーのアイデアをシードするために、研究および工学のために国防長官が提供するR＆D資金のプールです。これらのアイデアは、多くの場合、スポンサープログラムに成熟したり、商業化された技術につながったりします。

「すぐに、これまでに実証されたものよりも10倍優れた半導体光アンプを開発しました」とPlant氏は言います。 他の半導体光アンプと同様に、Scowaは半導体材料を介してレーザー光をガイドします。このプロセスは、レーザー光が電子と相互作用し、入力レーザーと同じ波長で光子を放出するため、光電力を増加させます。 Scowaのユニークなライトガイドデザインにより、はるかに高い出力パワーに到達することができます、強力で効率的なビームを作成します。彼らは、さまざまな波長でスコワスを実証し、この技術を国防総省のプロジェクトに適用しました。

ガスマッピングLIDARは2019年に商業的にリリースされました。その同じ年、製品は勝ちました R＆D 100賞、それを市場での革命的な進歩として認識しています。

テクノロジーの転送が離陸します

今日、米国は世界です 最大の天然ガスサプライヤー、メタンセンシング市場での成長を促進します。 Bridger Photonicsは、全国の顧客向けにガスマッピングLIDARを展開し、センサーを飛行機とドローンに取り付け、サプライチェーン全体に漏れを特定します。そこからガスが抽出され、国内にパイプされ、企業や住宅に届けられます。顧客はこれらのスキャンからデータを購入して、ガスインフラストラクチャの漏れを効率的に見つけて修復します。 2025年1月、環境保護庁は技術の規制当局の承認を提供しました。

Chevron’s Shale and Tight Operationsの社長であるBruce Niemeyerによると、Lidarの能力は ゲームを変える：「私たちの目標はシンプルです – メタンをパイプに入れてください。この技術は、私たちがそれを行っていることを保証するのに役立ちます。他の商業プロバイダーが見つけられるよりも10倍小さい漏れを見つけることができます。」

リンカーン研究所では、研究者は国益の新しいデバイスを革新し続けています。 Scowaは、実験室のツールキットの多くのテクノロジーの1つです Microsystemsプロトタイピングファウンドリ、 まもなく新しいものを含むように拡張されます 化合物半導体研究所 – マイクロシステム統合施設。 政府、産業、および学界は、政府が資金提供するプロジェクト、CRADA、テスト協定、および その他のメカニズム。

米国政府の指示では、研究室も 業界移転パートナーを探しています ScowaをPhotonic Integrated Circuit Platformと結びつけるテクノロジーの場合。このようなプラットフォームは、他のアプリケーションの中でも、量子コンピューティングとセンシングを進めることができます。

「リンカーン研究所は、半導体光エミッター技術のための国家リソースです」とJuodawlkis氏は言います。